红茶菌中醋酸菌和酵母菌的分离鉴定及其在细菌纤维素合成中的共生作用研究

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuzhiwei00
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细菌纤维素是一种由微生物产生的胞外多糖,具有多种优越的性能,在食品和生物医药等领域得到了广泛应用。通常利用醋酸菌发酵生产细菌纤维素,然而,面临着培养基成本较高和生产率较低的挑战。红茶菌是一种微生物共生体,主要由醋酸菌和酵母菌形成,可利用价格相对低廉的糖茶水生产细菌纤维素,特别适合大规模工业生产。然而,红茶菌的微生物组成复杂,存在不易保藏,易退化,易染菌等问题,导致细菌纤维素的生产不稳定。本工作预实验从红茶菌中分离出了一株具有细菌纤维素生产能力的醋酸菌,但是对其单独培养时细菌纤维素产量远远小于红茶菌,于是推测红茶菌中的酵母菌对细菌纤维素产量有较大影响,且二者之间存在共生作用。为了认识红茶菌在细菌纤维素合成过程中醋酸菌和酵母菌之间的共生作用,揭示酵母菌促进醋酸菌合成细菌纤维素的机制,本文开展了如下研究工作:(1)采用稀释涂布平板法对红茶菌中的醋酸菌和酵母菌进行分离,并分别测定16S rDNA序列和26S rDNA序列对菌株进行了鉴定。成功分离出1株产细菌纤维素的醋酸菌A1,经鉴定为Komagataeibacter intermedius(居间驹形杆菌),同时分离出3株酵母菌,经鉴定Y1为Brettanomyces bruxellensis(布鲁塞尔酒香酵母),Y2 为 Zygosaccharomyces bisporus(二孢接合酵母),Y3 为Metschnikowia fructicola(核果梅奇酵母)。(2)将K.intermedius 与 B.bruxellensis、Z.bisporus、M.fructicola分别以不同的比例进行共培养,并利用正交试验确定了共培养的最佳条件。研究发现:随着B.bruxellensis比例的增加,细菌纤维素产量先增加后减少,但均显著高于对照组(P<0.05),当K intermedius:B.bruxellensis=1:100 时,细菌纤维素的产量最高,干基为4.70 g·L-1;随着Z.bisporus 比例的增加,细菌纤维素产量也先增加后减少,且均显著高于对照组(P<0.05),当K.intermedius:Z.bisporus=1:1时,细菌纤维素产量最高,干基为5.19 g·L-1;当M.fructicola以不同比例与K.intermedius共培养时,细菌纤维素产量与对照组无显著差异(P>0.05)。在正交试验中,当K.intermedius:B.bruxellensis:Z.bisporus=1:10:10,即 K.intermedius、B.bruxellensis 和Z.bisporus的接种量分别为 1 ×104 CFU·mL-1、1×105 CFU·mL-1和1×105 CFU·mL-1时,细菌纤维素产量最高,干基为5.51 g·L-1。(3)研究了不同发酵时间的酵母滤液和灭活酵母菌体对细菌纤维素产量的影响。结果表明:在HS培养基中添加酵母滤液后细菌纤维素产量显著高于对照组(P<0.05),最高细菌纤维素产量为5.42 g·L-1(干基),酵母滤液可显著促进细菌纤维素合成,其中发酵前期(1~3 d)的酵母滤液对细菌纤维素的合成具有较强的促进作用;在HS培养基中添加灭活酵母菌体后细菌纤维素产量也显著高于对照组(P<0.05),最高细菌纤维素产量为2.89 g·L-1(干基),不同发酵时间的灭活酵母菌体对细菌纤维素产量的影响不大。由此确定酵母菌的代谢产物对细菌纤维素的合成具有促进作用。(4)对酵母滤液中的氨基酸、挥发性物质、有机酸和维生素进行了分析。结果表明:酵母滤液中检测到16种氨基酸,半胱氨酸仅在酵母滤液中检测到,与未经发酵的HS培养基相比,异亮氨酸的增幅最大,是对照组的11.64倍,天冬氨酸和甘氨酸的增幅分列二、三位,分别为60.00%和41.67%;酵母滤液中的主要挥发性物质是醇类,占全部挥发性物质的84.89%,其中乙醇的相对含量最高,为77.35%,3-甲基-1-丁醇和苯乙醇的相对含量也较高,分别为4.13%和3.14%;酵母滤液中检测到酒石酸、柠檬酸和琥珀酸三种有机酸,与未经发酵的HS培养基相比,种类未发生变化,但含量均减少;酵母滤液中检测到维生素B2和B6,与未经发酵的HS培养基相比,种类和含量均未发生明显变化。由此推测,氨基酸(尤其是半胱氨酸、异亮氨酸、天冬氨酸和甘氨酸)和醇类(尤其是乙醇)对细菌纤维素产量可能具有较大影响,有机酸和维生素对细菌纤维素产量无明显影响。
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